Автоматизация технологических процессов механической обработки металлов богданов Д. С

---

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ 
ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ 
Богданов Д.С.
1
, Луков Д.К.
2
 
 
1
Богданов Даниил Сергеевич - студент магистратуры; 
2
Луков Дмитрий Константинович - студент магистратуры, 
институт микроприборов и систем управления, 
Научно-исследовательский университет Московский институт электронной техники, 
г. Зеленоград
 
 
Аннотация: в статье рассмотрено современное состояние автоматизации технологических процессов 
в машиностроительной промышленности. Изучены современные направления автоматизации техноло-
гических процессов металлообработки. Рассмотрены преимущества и недостатки различных про-
граммных продуктов для разработки и верификации УП для станков с ЧПУ, таких как Vericut, 
CimcoEdit, Tebis. Сделан вывод о перспективах использования интеллектуальных нейронных систем в 
машиностроительной промышленности для моделирования и корректирования процессов токарной об-
работки, фрезерования, повышения точности на станках с числовым программным управлением. 
Ключевые слова: механическая обработка металлов, автоматизация, технологический процесс, станки 
с числовым программным управлением. 
 
Вопросы повышения производительности, точности производства изделий при выполнении различ-
ных процессов механической обработки металлов ввиду разнообразия технологических процедур, их 
многостадийности и сложности требуют повышенного внимания. Повышение качества выпускаемых 
металлических заготовок и деталей, скорость производства во многом определяются уровнем автомати-
зации технологических процессов. Ввиду сложности и массовости производства в металлообрабаты-
вающей промышленности, наблюдается повсеместный переход на автоматическое управление процесса-
ми. Несмотря на существующие и зарекомендовавшие себя на практике технологии автоматизации 
управления, поиск в данной области продолжается. Рассмотрим особенности существующих технологий 
механической обработки металлов, определим направления совершенствования. 
В настоящее время поиск эффективных направлений автоматизации технологических процессов ме-
ханической обработки металлов ведется в различных направлениях. Обеспечение требуемого уровня 
качества производственного процесса в машиностроении обеспечивается все чаще всесторонней автома-
тизацией технологических процессов. Наблюдается увеличение количества оборудования с управлением 
микропроцессорными системами ЧПУ. Основой в таком оборудовании является программное обеспече-
ние, с его помощью выполняются расчетные и интерфейсные функции, решаются задачи управления 
элементами системы [1]. 
Приемлемый уровень надежности программных комплексов оборудования с ЧПУ достигается в итоге 
реализацией следующих стратегий: 
- программного и аппаратного резервирования; 
- диагностики целостности и корректности выполнения задач; 
- имитационного моделирования; 
- обеспечения понятности защиты для легальных пользователей; 
- организации защиты от вредоносных программ; 
- обеспечения непрерывности информационных потоков [1, с. 147]. 
Работа по анализу, переработке и представлению информации не всегда может быть выполнена в ав-
томатическом режиме. Это приводит к возникновению противоречия между потребностями производст-
ва и программным обеспечением оборудования, что вызывает необходимость создания оптимального 
технологического процесса механической обработки деталей в автоматическом режиме на станках с 
ЧПУ. 
Автоматизация создания управляющих программ для станков с ЧПУ может проводиться в целях: 
- исключить ошибки передачи данных о геометрических свойствах обрабатываемых изделий; 
- преодоления конфликтных траекторий движения инструментов; 
- обеспечить управление результатом аппроксимации траекторий движения инструмента (обеспече-
ние оптимальных параметров точности); 
- разработка подпроцессов для систем программного управления станков (использование возможно-
стей оптимизации программного кода, автоматической адаптации под решаемые задачи). 
Известно множество продуктов для разработки и верификации УП для станков с ЧПУ (Vericut, 
CimcoEdit, Tebis и др.) основной недостаток таких систем в том, что практически ни одна из них не про-
водит полноценного анализа УП в автоматическом режиме.

---

А. Солкиным рассмотрен метод создания УП с помощью CAM системы SiemensNX, сделан вывод о 
том, что процесс создания УП для станка с ЧПУ требует от специалиста большого опыта и формализа-
ции большого массива данных [2]. УП настроена на решение конкретных задач, требует значительных 
затрат времени для перенастройки ее под новые задачи. Оптимальное решение проблемы возможно с 
помощью использования искусственной нейронной сети. Применение нейросетевого логического базиса 
строится следующим образом: 
- формируется входной и выходной сигнал нейронной сети; 
- формируется желаемый выходной сигнал; 
- формируется сигнал ошибки и функционал оптимизации; 
- формируется структура нейронной сети; 
- разрабатывается алгоритм настройки сети; 
- проводится исследование процесса решения задачи. 
Многие предприятия считают неоправданными затраты на приобретение нового оборудования, выхо-
дом из положения в таком случае является модернизация существующих программ управления оборудо-
вания с числовым программным управлением (ЧПУ).
В.Ф. Мозговым с соавторами предложена модернизация базовой системы ЧПУ (SINUMERIK-840D). 
Была поставлена задача унификации программ обработки с целью избежать дополнительного пересчета 
в соответствии с изменением технологических параметров. Базовой моделью служил трехкоординатный 
обрабатывающий центр ИС-800, модернизация проводилась посредством применения нового метода 
расчета. Предложенный формат позволил решить проблему взаимозаменяемости УП на разных станках 
одной модели, исключить их зависимость от параметров настройки станка, конструктивных особенно-
стей детали. Параметризация УП позволила переносить программы со станка на станок вне зависимости 
от параметров станочных констант [3]. 
И.Г. Майзелем, В.В. Платоновым обоснована замена устаревшей системы автоматики на систему 
ЧПУ на базе программируемых логических контроллеров, что позволило добиться высокой точности 
фрезеровальнного станка, снизить энергопотребление [4].
М.Н. Богомоловым приведена методика численного моделирования пространственного фрезерования 
с использованием УП для станка с ЧПУ на основе CAD/САМ-программных комплексов [5]. 
Вопросы обеспечения точности обработки на станках с ЧПУ, повышения производительности опера-
ций по обработке металлов рассматривались Ю.В. Максимовым и др. [2]. Ими предложен алгоритм соз-
дания математической модели станка с ЧПУ (формообразующая система), которая позволяет учитывать 
погрешности позиционирования рабочих органов станка посредством введения модуля коррекции в УП. 
С.В. Сорокиным изучены возможности автоматизации расчета погрешности базирования заготовки 
посредством применения интегрированных САПР [6]. Применяется метод интерактивной формализации 
исходной технологической информации в среде CAD/CAM-систем. На рынке систем автоматизирован-
ного проектирования (САПР) преобладают универсальные системы, используемые для проектирования 
изделий машиностроения любой сложности. В то же время, конструирование станочных приспособлений 
проводится по схеме конструирования обычного изделия, что вызывает необходимость дополнения кон-
структорских модулей САПР специализированными блоками. Это возможно с применением интегриро-
ванных САПР. Предложена методика формализации технологической информации способом интерак-
тивного считывания, что позволяет ускорить и снизить стоимость конструирования оснастки. 
Таким образом, применение современных средств автоматизации способно значительно расширить 
технологические возможности оборудования, повысить точность выполнения операций, скорость выпус-
ка изделий. Современные исследования позволяют говорить о перспективности использования нейрон-
ных сетей в машиностроительной промышленности для моделирования и корректирования процессов 
токарной обработки, фрезерования, повышения точности на станках с ЧПУ. На сегодняшний день про-
блема автоматизации технологических процессов решается применением интегрированных САПР 
(CAD/CAM/CAE-систем). В ближайшее время именно этот подход будет преобладающим вследствие 
своей высокой эффективности.